CN114659820A - 空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，属于飞机测试技术领域，电极系统包括石墨电极段、铜电极段和锁止组件；石墨电极段上套设有第一石墨螺母和第二石墨螺母、两个位于第一石墨螺母和第二石墨螺母之间的绝缘瓷套和位于两个绝缘瓷套之间的反射板；石墨电极段顶部设有内螺纹沉孔，底端设有加热元件；铜电极段通过第二外螺纹凸台段与内螺纹沉孔连接，铜电极段内部设有冷却通道，顶端设有与冷却通道导通的进液接头和出液接头；侧壁上套设有两侧均设有连接耳板的接线套；锁止组件用于将铜电极段与第一石墨螺母进行锁止固定；本发明结构设计合理，易于生产，运行、维护成本较低，有利于飞机测试实验的高效进行。

Description

空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统

技术领域

本发明涉及飞机测试技术领域，具体涉及空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统。

背景技术

飞机以极高的速度穿越大气层飞行时，飞机周围会形成一个复杂的流场，由于流场对前方空气的压缩以及与周围空气的摩擦，其大部分动能会以激波及尾流涡旋的形式耗散于大气中，剩下的一部分动能则转变成空气的热能，这种热能以边界层对流加热和激波辐射两种形式对飞机表面进行加热；飞机在大气层内飞行的热环境将是防热系统设计的主要依据，包括防热形式和方案的确定、防热材料的选用、防热层厚度获得、防热结构内部的温度分布以及防热结构的地面试验等都必须以飞机所经受的气动热环境为依据，而标志这些热环境的主要参数包括：飞行轨道中的峰值热流密度、热流密度随时间的变化、整个飞行过程中飞机表面经受的气动热的总量以及总的加热时间，极端高温环境模拟是飞机测试实验过程中的重要环节。

然而现有技术中，飞机测试实验中极端高温环境模拟所用石墨加热装置的电极系统主要存在以下问题：第一、使用钼合金作为电极，较难加工，生产成本高；第二、使用其他金属作为电极，与石墨加热元件热匹配性差使加热元件容易产生热应力，从而导致断裂；第三、使用单一石墨材料作为电极，由于石墨强度差容易导致电极断裂。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供了空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统。

本发明的技术方案为：空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，包括石墨电极段、铜电极段和锁止组件；石墨电极段的外壁上设置有外螺纹，顶端设置有内螺纹沉孔、底端设置有第一外螺纹凸台段，石墨电极段的外壁上从上至下通过外螺纹依次连接有第一石墨螺母和第二石墨螺母，石墨电极段上套设有位于第一石墨螺母和第二石墨螺母之间的反射板，反射板的上下两端与第一石墨螺母和第二石墨螺母连接处均设置有绝缘瓷套；外螺纹凸台段上套设有通过第三石墨螺母压紧的加热元件，加热元件由石墨材料制成；

铜电极段为上下两端封闭，且内部中空的管状结构，铜电极段下端通过第二外螺纹凸台段与内螺纹沉孔螺纹连接，且第二外螺纹凸台段底端与内螺纹沉孔内底部抵接；铜电极段内部均匀分布有数个相互导通的冷却通道，铜电极段顶端设置有与冷却通道导通的进液接头和出液接头；铜电极段侧壁靠上位置套设有两侧均设置有连接耳板的接线套；

锁止组件包括调节环、锁止块和插接板，第一石墨螺母顶端设置有环形沉槽，调节环活动卡接在第一石墨螺母侧壁上端，调节环内侧设置有数个拨动板，调节环上螺纹连接有能够与第一石墨螺母侧壁卡接的锁止螺杆，第一石墨螺母内部设置有数个用于为拨动板的摆动提供空间的移动槽，锁止块和插接板的数量均与拨动板的数量对应一致，各个锁止块分别转动卡接在移动槽内部，各个锁止块的一端分别与各个拨动板端部抵接；各个插接板均匀分布在铜电极段底端，且位于第二外螺纹凸台段的外侧，各个插接板的外壁上均设置有锁止槽，各个插接板均能够插入环形沉槽内部，且能够通过锁止槽与锁止块的另一端卡接。

进一步地，铜电极段侧壁上贯穿设置有数个与冷却通道间隔设置的散热孔，通过设置散热孔，有利于铜电极段内部产生的热量快速排出，从而提高铜电极段的热稳定性。

进一步地，第二外螺纹凸台段底端均匀分布有数个与内螺纹沉孔内底部抵接的放电凸起，通过设置放电凸起能够使流经铜电极段的电流传递至石墨电极段时更加均匀。

进一步地，第一石墨螺母和第二石墨螺母的侧壁上均设置有石墨法兰；两个石墨法兰上均滑动卡接有数个外部套设有限位弹簧的限位杆，反射板的上端面和下底面与各个限位杆位置对应处均设置有限位孔；利用套设有限位弹簧的限位杆与限位孔进行卡接限位，既能够保证第一石墨螺母和第二石墨螺母与石墨电极段之间连接的稳定性，又能够避免第一石墨螺母和第二石墨螺母之间挤压力过大而造成绝缘瓷套破裂，从而能够使绝缘瓷套保证稳定的绝缘效果。

进一步地，接线套活动套设在铜电极段上，接线套上下两端均设置有与铜电极段外壁固定连接的挡圈，两个挡圈与接线套连接处均设置有数个滚珠，接线套的内壁上均匀分布有数个与铜电极段外壁抵接的导电触片；通过设置能够在铜电极段自由旋转的接线套，能够有效降低电源连接线缆对石墨电极段产生的安装弯矩，从而能够有效避免石墨电极段断裂情况发生。

进一步地，石墨电极段内部沿石墨电极段长度方向均匀分布有数个导电铁芯，各个导电铁芯与石墨电极段的内壁之间均具有一定间隙；通过设置导电铁芯，能够提高石墨电极内部电流分布的均匀性，避免石墨电极内部电流集中而造成高温开裂，提高了石墨电极的使用寿命。

进一步地，石墨电极段的长径比为3~6，通过控制石墨电极段的长径比，能够有效降低石墨电极段弯折断裂现象的发生。

进一步地，铜电极段内部均匀分布有数个加固板，加固板上贯穿设置有数个通孔；通过在铜电极段内部设置加固板，能够防止铜电极段内部电流过大而击穿铜电极段，从而提高了铜电极段的使用稳定性。

进一步地，绝缘瓷套上设置有绝缘翻边；通过在绝缘瓷套上设置绝缘翻边，进一步提高了绝缘瓷套的绝缘效果，从而能够提高电极系统的使用安全性。

进一步地，各个锁止块与移动槽连接处均设置有复位扭簧；当松开调节环时，各个锁止块能够在复位扭簧的作用下脱离对应的锁止槽，从而便于对石墨电极段和铜电极段进行分离和更换。

本发明的使用方法包括以下步骤：

S1、将石墨电极段下端的第一外螺纹凸台段插入加热元件中，并利用第三石墨螺母将加热元件与石墨电极段进行固定；

S2、将第二石墨螺母螺纹连接石墨电极段上，然后在石墨电极段外部位于第二石墨螺母上端套设两个绝缘瓷套和一个反射板，并使两个绝缘瓷套分别位于反射板的上下两个端面，最后将第一石墨螺母螺纹连接在石墨电极段上，并压紧反射板上端的绝缘瓷套；

S3、将铜电极段通过第二外螺纹凸台段螺纹连接在石墨电极段上端的内螺纹沉孔中；此时，铜电极段下端的各个插接板均插入环形沉槽中；

S4、旋转调节环，利用各个拨动板拨动对应位置处的锁止块旋转一定角度后与插接板上的锁止槽卡接锁止；最后利用锁止螺杆将调节环与第一石墨螺母的外壁进行卡接固定；

S5、将电源线缆分别与接线套上的两个连接耳板进行连接，为铜电极段通电；同时，将外部冷却液通过进液接头通入冷却通道中，对铜电极段进行冷却降温处理，外部冷却液最终通过出液接头排出冷却通道。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几点：

第一、本发明的复合式电极系统由石墨电极段和铜电极段螺纹连接而成，易于生产，极大的简化了电极系统的维护工序，降低了电极系统的运行成本；

第二、本发明的石墨电极段与发热元件由同种材料制成，完全消除了石墨电极段与发热元件热匹配性差的问题；同时，本发明的铜电极段采用水冷方式进行降温，有效降低了石墨电极段上端的温度，减小了石墨电极段和铜电极段两种材料热匹配性差的问题；从而提高了本发明复合式电极系统的运行稳定性和可靠性；

第三、本发明利用锁止组件将铜电极段通过第一石墨螺母与石墨电极段进行二次固定，从而提高了铜电极段与石墨电极段之间连接的可靠性，有利于提高飞机测试实验过程中极端高温环境模拟的真实性，从而促进了飞机测试实验的高效进行；

第四、本发明的连接耳板对称设置在接线套的两侧，有效降低了电源连接线缆对石墨电极段产生的安装弯矩，从而能够避免石墨电极段断裂现象的发生。

附图说明

图1是本发明的纵剖图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明图1中A处的局部放大示意图；

图4是本发明的导电铁芯在石墨电极段内部的分布图；

图5是本发明的接线套与铜电极段的连接示意图；

图6是本发明图1中B处的局部放大示意图；

图7是本发明的锁止组件与第一石墨螺母的连接示意图；

图8是本发明图1中C处的局部放大示意图；

其中，1-石墨电极段、10-内螺纹沉孔、11-第一外螺纹凸台段、12-第一石墨螺母、13-第二石墨螺母、14-第三石墨螺母、15-环形沉槽、16-移动槽、17-石墨法兰、180-限位弹簧、18-限位杆、19-导电铁芯、2-铜电极段、20-第二外螺纹凸台段、200-放电凸起、21-冷却通道、22-进液接头、23-出液接头、24-接线套、240-连接耳板、241-挡圈、242-滚珠、243-导电触片、25-散热孔、26-加固板、3-锁止组件、30-调节环、300-拨动板、301-锁止螺杆、31-锁止块、32-插接板、320-锁止槽、4-反射板、40-限位孔、5-绝缘瓷套、50-绝缘翻边、6-加热元件。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，包括石墨电极段1、铜电极段2和锁止组件3；石墨电极段1的直径为36mm，石墨电极段1的外壁上设置有外螺纹，顶端设置有内螺纹沉孔10、底端设置有第一外螺纹凸台段11，石墨电极段1的外壁上从上至下通过外螺纹依次连接有第一石墨螺母12和第二石墨螺母13，第一石墨螺母12和第二石墨螺母13的外径均为64mm，石墨电极段1上套设有位于第一石墨螺母12和第二石墨螺母13之间的反射板4，反射板4的上下两端与第一石墨螺母12和第二石墨螺母13连接处均设置有绝缘瓷套5，绝缘瓷套5的内径为38mm，外径为46mm；外螺纹凸台段11上套设有通过第三石墨螺母14压紧的加热元件6，加热元件6由石墨材料制成；

如图1、2、5、6所示，铜电极段2为上下两端封闭，且内部中空的管状结构，铜电极段2的外径为50mm，铜电极段2下端通过第二外螺纹凸台段20与内螺纹沉孔10螺纹连接，且第二外螺纹凸台段20底端与内螺纹沉孔10内底部抵接；铜电极段2内部均匀分布有8个相互导通的冷却通道21，冷却通道21的直径为8mm，铜电极段2顶端设置有与冷却通道21导通的进液接头22和出液接头23；铜电极段2侧壁靠上位置套设有两侧均设置有连接耳板240的接线套24；接线套24活动套设在铜电极段2上，接线套24上下两端均设置有与铜电极段2外壁固定连接的挡圈241，两个挡圈241与接线套24连接处均设置有数个滚珠242，接线套24的内壁上均匀分布有数个与铜电极段2外壁抵接的导电触片243；

如图1、7、8所示，锁止组件3包括调节环30、锁止块31和插接板32，第一石墨螺母12顶端设置有环形沉槽15，调节环30活动卡接在第一石墨螺母12侧壁上端，调节环30内侧设置有4个拨动板300，调节环30上螺纹连接有能够与第一石墨螺母12侧壁卡接的锁止螺杆301，第一石墨螺母12内部设置有4个用于为拨动板300的摆动提供空间的移动槽16，锁止块31和插接板32的数量均与拨动板300的数量对应一致，各个锁止块31分别转动卡接在移动槽16内部，各个锁止块31的一端分别与各个拨动板300端部抵接；各个插接板32均匀分布在铜电极段2底端，且位于第二外螺纹凸台段20的外侧，各个插接板32的外壁上均设置有锁止槽320，各个插接板32均能够插入环形沉槽15内部，且能够通过锁止槽320与锁止块31的另一端卡接。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图5所示，铜电极段2侧壁上贯穿设置有数个与冷却通道21间隔设置的散热孔25；

如图8所示，第二外螺纹凸台段20底端均匀分布有数个与内螺纹沉孔10内底部抵接的放电凸起200。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图1、3所示，第一石墨螺母12和第二石墨螺母13的侧壁上均设置有石墨法兰17；两个石墨法兰17上均滑动卡接有4个外部套设有限位弹簧180的限位杆18，反射板4的上端面和下底面与各个限位杆18位置对应处均设置有限位孔40。

实施例4

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图1、5所示，铜电极段2内部均匀分布有3个加固板26，每个加固板26上均贯穿设置有数个通孔。

实施例5

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图1、4所示，石墨电极段1内部沿石墨电极段1长度方向均匀分布有数个导电铁芯19，各个导电铁芯19与石墨电极段1的内壁之间均具有一定间隙，例如可以是0.2mm。

实施例6

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图1所示，石墨电极段1的长径比为3。

实施例7

本实施例与实施例6不同之处在于：

如图1所示，石墨电极段1的长径比为6。

实施例8

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图2、3所示，绝缘瓷套5上设置有绝缘翻边50；

实施例9

本实施例与实施例1不同之处在于：

如图7所示，各个锁止块31与移动槽16连接处均设置有复位扭簧。

Claims (9)

1.空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，包括石墨电极段（1）、铜电极段（2）和锁止组件（3）；所述石墨电极段（1）的外壁上设置有外螺纹，顶端设置有内螺纹沉孔（10）、底端设置有第一外螺纹凸台段（11），石墨电极段（1）的外壁上从上至下通过所述外螺纹依次连接有第一石墨螺母（12）和第二石墨螺母（13），石墨电极段（1）上套设有位于所述第一石墨螺母（12）和第二石墨螺母（13）之间的反射板（4），所述反射板（4）的上下两端与第一石墨螺母（12）和第二石墨螺母（13）连接处均设置有绝缘瓷套（5）；所述外螺纹凸台段（11）上套设有通过第三石墨螺母（14）压紧的加热元件（6）；

所述铜电极段（2）为上下两端封闭，且内部中空的管状结构，铜电极段（2）下端通过第二外螺纹凸台段（20）与所述内螺纹沉孔（10）螺纹连接，且所述第二外螺纹凸台段（20）底端与内螺纹沉孔（10）内底部抵接；铜电极段（2）内部均匀分布有数个相互导通的冷却通道（21），铜电极段（2）顶端设置有与所述冷却通道（21）导通的进液接头（22）和出液接头（23）；铜电极段（2）侧壁靠上位置套设有两侧均设置有连接耳板（240）的接线套（24）；

所述锁止组件（3）包括调节环（30）、锁止块（31）和插接板（32），所述第一石墨螺母（12）顶端设置有环形沉槽（15），所述调节环（30）活动卡接在第一石墨螺母（12）侧壁上端，调节环（30）内侧设置有数个拨动板（300），调节环（30）上螺纹连接有能够与第一石墨螺母（12）侧壁卡接的锁止螺杆（301），第一石墨螺母（12）内部设置有数个用于为拨动板（300）的摆动提供空间的移动槽（16），所述锁止块（31）和插接板（32）的数量均与拨动板（300）的数量对应一致，各个所述锁止块（31）分别转动卡接在移动槽（16）内部，各个锁止块（31）的一端分别与各个拨动板（300）端部抵接；各个所述插接板（32）均匀分布在铜电极段（2）底端，且位于第二外螺纹凸台段（20）的外侧，各个插接板（32）的外壁上均设置有锁止槽（320），各个插接板（32）均能够插入所述环形沉槽（15）内部，且能够通过所述锁止槽（320）与锁止块（31）的另一端卡接。

2.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述铜电极段（2）侧壁上贯穿设置有数个与冷却通道（21）间隔设置的散热孔（25）。

3.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述第二外螺纹凸台段（20）底端均匀分布有数个与内螺纹沉孔（10）内底部抵接的放电凸起（200）。

4.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述第一石墨螺母（12）和第二石墨螺母（13）的侧壁上均设置有石墨法兰（17）；两个所述石墨法兰（17）上均滑动卡接有数个外部套设有限位弹簧（180）的限位杆（18），所述反射板（4）的上端面和下底面与各个限位杆（18）位置对应处均设置有限位孔（40）。

5.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述接线套（24）活动套设在铜电极段（2）上，接线套（24）上下两端均设置有与铜电极段（2）外壁固定连接的挡圈（241），两个所述挡圈（241）与接线套（24）连接处均设置有数个滚珠（242），接线套（24）的内壁上均匀分布有数个与铜电极段（2）外壁抵接的导电触片（243）。

6.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述石墨电极段（1）内部沿石墨电极段（1）长度方向均匀分布有数个导电铁芯（19），各个所述导电铁芯（19）与石墨电极段（1）的内壁之间均具有一定间隙。

7.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述石墨电极段（1）的长径比为3~6。

8.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述铜电极段（2）内部均匀分布有数个加固板（26），所述加固板（26）上贯穿设置有数个通孔。

9.根据权利要求1所述的空天飞机测试中加热装置的耐高温复合式电极系统，其特征在于，所述绝缘瓷套（5）上设置有绝缘翻边（50）。

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